JP3230463B2 - 発光半導体素子用透光性電極の作製方法 - Google Patents
発光半導体素子用透光性電極の作製方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光半導体素子に
用いられる電極に係わり、特に発光半導体素子用の透光
性電極の作製方法に関する。
用いられる電極に係わり、特に発光半導体素子用の透光
性電極の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、短波長光発光素子用の半導体材料
としてＧａＮ系化合物半導体材料が注目を集めている。
ＧａＮ系化合物半導体は、サファイア単結晶を始めとし
て種々の酸化物基板やIII −Ｖ族化合物を基板として、
その上に有機金属気相化学反応法（ＭＯＣＶＤ法）や分
子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）等によって形成され
る。サファイア基板等の電気的に絶縁体である基板を用
いた発光素子では、ＧａＡｓ、ＧａＰ等の半導体基板を
使用した発光素子とは異なり、基板裏面に電極を設ける
ことができない。よって、正、負一対の電極を発光素子
の同じ面に形成する構造となっている。
としてＧａＮ系化合物半導体材料が注目を集めている。
ＧａＮ系化合物半導体は、サファイア単結晶を始めとし
て種々の酸化物基板やIII −Ｖ族化合物を基板として、
その上に有機金属気相化学反応法（ＭＯＣＶＤ法）や分
子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）等によって形成され
る。サファイア基板等の電気的に絶縁体である基板を用
いた発光素子では、ＧａＡｓ、ＧａＰ等の半導体基板を
使用した発光素子とは異なり、基板裏面に電極を設ける
ことができない。よって、正、負一対の電極を発光素子
の同じ面に形成する構造となっている。
【０００３】また、ＧａＮ系化合物半導体材料を用いた
発光素子は、その特性として横方向への電流拡散が小さ
い。これは、エピタキシャル結晶中に基板から表面へ貫
通する転位が多く存在することが原因であると考えられ
るが、詳しいことは判っていない。この特性のため、発
光素子に電極を形成して通電発光させた場合でも、発光
領域は電極直下に限定され電極の周囲には広がりにく
い。したがって、発光領域は電極直下に限られ、発光素
子の光の取り出し面を電極形成面側とした場合、従来の
不透明な電極では発光は電極そのものに遮られて上方に
は取り出されず、発光強度が思うように向上しなかっ
た。
発光素子は、その特性として横方向への電流拡散が小さ
い。これは、エピタキシャル結晶中に基板から表面へ貫
通する転位が多く存在することが原因であると考えられ
るが、詳しいことは判っていない。この特性のため、発
光素子に電極を形成して通電発光させた場合でも、発光
領域は電極直下に限定され電極の周囲には広がりにく
い。したがって、発光領域は電極直下に限られ、発光素
子の光の取り出し面を電極形成面側とした場合、従来の
不透明な電極では発光は電極そのものに遮られて上方に
は取り出されず、発光強度が思うように向上しなかっ
た。
【０００４】上記の問題点を解決するために、光取り出
し面に形成された電極を素子の表面のほぼ全面に形成さ
れた非常に薄い金属よりなる透光性の電極とし、電極を
通して上面から発光を取り出すという素子構造に関する
技術が開示されている（特開平６−３１４８２２）。こ
の特許公開公報には、電極材料として例えばＡｕ、Ｎ
ｉ、Ｐｔ、Ｉｎ、Ｃｒ、Ｔｉ等を使用し、蒸着した金属
膜を５００℃以上の温度で熱処理することにより金属の
昇華を引き起こし、膜厚を０．００１μｍ〜１μｍと薄
くすることにより透光性を持たせることができることが
記載されている。
し面に形成された電極を素子の表面のほぼ全面に形成さ
れた非常に薄い金属よりなる透光性の電極とし、電極を
通して上面から発光を取り出すという素子構造に関する
技術が開示されている（特開平６−３１４８２２）。こ
の特許公開公報には、電極材料として例えばＡｕ、Ｎ
ｉ、Ｐｔ、Ｉｎ、Ｃｒ、Ｔｉ等を使用し、蒸着した金属
膜を５００℃以上の温度で熱処理することにより金属の
昇華を引き起こし、膜厚を０．００１μｍ〜１μｍと薄
くすることにより透光性を持たせることができることが
記載されている。
【０００５】また、外部量子効率に優れた発光素子を得
ることを目的として、金属薄膜よりなる層と酸化物を含
む透明導電膜よりなる層とからなる電極を用いる技術も
公開されている（特開平９−１２９９１９）。この公開
特許には、酸化物を含む透明導電膜よりなる層の形成方
法は規定されていないが、実施例ではいったん第１の層
を形成後第２の層を蒸着により形成している。
ることを目的として、金属薄膜よりなる層と酸化物を含
む透明導電膜よりなる層とからなる電極を用いる技術も
公開されている（特開平９−１２９９１９）。この公開
特許には、酸化物を含む透明導電膜よりなる層の形成方
法は規定されていないが、実施例ではいったん第１の層
を形成後第２の層を蒸着により形成している。
【０００６】またこれとは別に、電極のオーミック性の
改善、低抵抗化、接合強度の向上を目的として、ｐ層の
表面上にＮｉなどからなる第１の層及びその上にＡｕな
どからなる第２の層を形成して、熱処理によって深さ方
向の元素の分布を反転させて、表面側からＮｉ、Ａｕの
順序に元素が存在するように構成させるという技術が公
開されている（特開平９−６４３３７）。この特許公開
公報には、第１の層としてＮｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔ
ａ、Ｖ、Ｍｎ、Ａｌ、Ａｇなどが使用でき、第２の層と
してＰｄ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｐｔなどが使用できるとされて
いる。
改善、低抵抗化、接合強度の向上を目的として、ｐ層の
表面上にＮｉなどからなる第１の層及びその上にＡｕな
どからなる第２の層を形成して、熱処理によって深さ方
向の元素の分布を反転させて、表面側からＮｉ、Ａｕの
順序に元素が存在するように構成させるという技術が公
開されている（特開平９−６４３３７）。この特許公開
公報には、第１の層としてＮｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔ
ａ、Ｖ、Ｍｎ、Ａｌ、Ａｇなどが使用でき、第２の層と
してＰｄ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｐｔなどが使用できるとされて
いる。
【０００７】また、半導体素子用の電極として半導体側
から順にＮｉ、Ａｕを積層しておきこれを４００℃以上
の温度で熱処理することで、Ｎｉが半導体／電極金属界
面の界面汚染層を破壊しより多くの電流を流すことが可
能になるため、ブレークダウン電圧が減少するとする文
献も発表されている（J.T.Trexler et al. MaterialsRe
search Society Symposium Proceedings 449(1997) 109
1-1096 ）。この文献には、熱処理温度を６００℃近く
まで上げるとＡｕ層に対するＮｉの拡散が激しくなり、
ＮｉがＡｕ層を通り抜けて電極表面で酸化される事が記
述されている。
から順にＮｉ、Ａｕを積層しておきこれを４００℃以上
の温度で熱処理することで、Ｎｉが半導体／電極金属界
面の界面汚染層を破壊しより多くの電流を流すことが可
能になるため、ブレークダウン電圧が減少するとする文
献も発表されている（J.T.Trexler et al. MaterialsRe
search Society Symposium Proceedings 449(1997) 109
1-1096 ）。この文献には、熱処理温度を６００℃近く
まで上げるとＡｕ層に対するＮｉの拡散が激しくなり、
ＮｉがＡｕ層を通り抜けて電極表面で酸化される事が記
述されている。
【０００８】これらに対して我々は、容易に電極の透光
性を実現可能とするとともに金属酸化物層に保護膜とし
ての機能を持たせ、オーミック接触実現を目的とした熱
処理の際のボールアップをはじめとするプロセス中のダ
メージから透光性金属薄膜を保護する目的で、電極を半
導体に接するオーミック接触を実現する金属の層と、そ
の上の透光性の金属酸化物の層で構成するという技術を
開発した（特願平９−１１８３１５）。またこの発明の
中で、容易に透光性を実現する方法として、半導体基板
上に順に半導体と良好なオーミック接触を実現する金属
と熱処理により酸化して透明な金属酸化物となる金属を
積層し、酸素を含む雰囲気中で熱処理するという金属／
金属酸化物の積層構造の作製方法の技術を開発した。
性を実現可能とするとともに金属酸化物層に保護膜とし
ての機能を持たせ、オーミック接触実現を目的とした熱
処理の際のボールアップをはじめとするプロセス中のダ
メージから透光性金属薄膜を保護する目的で、電極を半
導体に接するオーミック接触を実現する金属の層と、そ
の上の透光性の金属酸化物の層で構成するという技術を
開発した（特願平９−１１８３１５）。またこの発明の
中で、容易に透光性を実現する方法として、半導体基板
上に順に半導体と良好なオーミック接触を実現する金属
と熱処理により酸化して透明な金属酸化物となる金属を
積層し、酸素を含む雰囲気中で熱処理するという金属／
金属酸化物の積層構造の作製方法の技術を開発した。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】前記のように、一般に
ＧａＮ系化合物半導体を用いた発光素子の光取り出し面
に形成される電極には、発光素子からの光に対する透光
性と低抵抗なオーミック接触の実現が要求される。この
ような透光性で低抵抗なオーミック接触を実現する電極
のためには、我々が特願平９−１１８３１５で既に述べ
たように、電極を半導体に接するオーミック接触を実現
する金属の層とその上の透光性の金属酸化物の層で構成
することが望ましい。ここで本明細書では、半導体に接
してオーミック接触を形成する酸素と反応しにくい金属
を第１の金属、熱処理によって酸化され透光性の金属酸
化物となる金属を第２の金属と呼ぶこととする。
ＧａＮ系化合物半導体を用いた発光素子の光取り出し面
に形成される電極には、発光素子からの光に対する透光
性と低抵抗なオーミック接触の実現が要求される。この
ような透光性で低抵抗なオーミック接触を実現する電極
のためには、我々が特願平９−１１８３１５で既に述べ
たように、電極を半導体に接するオーミック接触を実現
する金属の層とその上の透光性の金属酸化物の層で構成
することが望ましい。ここで本明細書では、半導体に接
してオーミック接触を形成する酸素と反応しにくい金属
を第１の金属、熱処理によって酸化され透光性の金属酸
化物となる金属を第２の金属と呼ぶこととする。
【００１０】上記の透光性電極として金属／金属酸化物
の層構造薄膜を形成する方法として、我々は、半導体側
から順に第１の金属、第２の金属を積層し、酸素を含む
雰囲気中で熱処理して透光性の電極とする方法（特願平
９−１１８３１５）を提案した。また、同様の構造の電
極を形成した例として、前記のJ.T.Trexler et al. Mat
erials Research Society Symposium Proceedings 449
(1997) 1091-1096 には、半導体表面に第２の金属の薄
膜と第１の金属の薄膜を順に形成して熱処理し、オーミ
ック性の良好な電気接触を実現する方法が記載されてい
る。
の層構造薄膜を形成する方法として、我々は、半導体側
から順に第１の金属、第２の金属を積層し、酸素を含む
雰囲気中で熱処理して透光性の電極とする方法（特願平
９−１１８３１５）を提案した。また、同様の構造の電
極を形成した例として、前記のJ.T.Trexler et al. Mat
erials Research Society Symposium Proceedings 449
(1997) 1091-1096 には、半導体表面に第２の金属の薄
膜と第１の金属の薄膜を順に形成して熱処理し、オーミ
ック性の良好な電気接触を実現する方法が記載されてい
る。
【００１１】しかしながら、まず、半導体側から順に第
１の金属、第２の金属を積層した薄膜を熱処理して透明
な電極とした場合、電極と半導体との間のオーミック接
触が得られないなど、作製した電極と半導体間の電気特
性が安定しないことがしばしば見られた。また、オーミ
ック接触が得られた場合でも、接触抵抗の値が安定しな
い事がしばしば発生した。
１の金属、第２の金属を積層した薄膜を熱処理して透明
な電極とした場合、電極と半導体との間のオーミック接
触が得られないなど、作製した電極と半導体間の電気特
性が安定しないことがしばしば見られた。また、オーミ
ック接触が得られた場合でも、接触抵抗の値が安定しな
い事がしばしば発生した。
【００１２】その原因の一つは、半導体表面に存在する
酸化物の層にあると思われる。空気に曝された半導体表
面には、酸化物の層が形成される事が知られている。こ
の酸化膜は空気に曝されて数秒で形成されるため、化学
的な前処理によって取り除いてもすぐに再生される。酸
素との反応性が高い第２の金属を電極材料として用いる
場合、第２の金属の薄膜を半導体表面に形成して熱処理
を施せば、酸化物層が電極の金属材料との化学反応によ
って破壊され、金属と半導体が直接接触することにより
電気特性が向上する事が知られている。しかし、Ａｕな
どに代表される酸素との反応性が低いイオン化エネルギ
ーの大きな第１の金属（貴金属）を電極として使用した
場合、この様な酸化物の層を破壊する効果は期待でき
ず、半導体と金属は酸化物の層を介して接触する。この
ことが、Ａｕなどの第１の金属を半導体に接する電極と
して用いた場合の電極の接触特性の不安定さの原因と思
われる。
酸化物の層にあると思われる。空気に曝された半導体表
面には、酸化物の層が形成される事が知られている。こ
の酸化膜は空気に曝されて数秒で形成されるため、化学
的な前処理によって取り除いてもすぐに再生される。酸
素との反応性が高い第２の金属を電極材料として用いる
場合、第２の金属の薄膜を半導体表面に形成して熱処理
を施せば、酸化物層が電極の金属材料との化学反応によ
って破壊され、金属と半導体が直接接触することにより
電気特性が向上する事が知られている。しかし、Ａｕな
どに代表される酸素との反応性が低いイオン化エネルギ
ーの大きな第１の金属（貴金属）を電極として使用した
場合、この様な酸化物の層を破壊する効果は期待でき
ず、半導体と金属は酸化物の層を介して接触する。この
ことが、Ａｕなどの第１の金属を半導体に接する電極と
して用いた場合の電極の接触特性の不安定さの原因と思
われる。
【００１３】これに対して、例えば第２の金属からなる
薄膜を半導体表面に接して形成し、その後第１の金属か
らなる薄膜を形成し、熱処理によって電極を形成した場
合には、上記の様な機構により反応性の高い第２の金属
が半導体表面の酸化物層を破壊し、オーミック性の良好
な接触が得られる。さらに前述のJ.T.Trexler らによる
公知例には、基板上にＮｉ、Ａｕの順で積層した電極を
熱処理した場合、良好な電気接触が得られると共にＮｉ
はＡｕ層を通り抜けて拡散し、電極表面で酸化される事
が記載されている。なお、本明細書の分類に従えば、Ｎ
ｉは第１の金属、Ａｕは第２の金属に分類される。
薄膜を半導体表面に接して形成し、その後第１の金属か
らなる薄膜を形成し、熱処理によって電極を形成した場
合には、上記の様な機構により反応性の高い第２の金属
が半導体表面の酸化物層を破壊し、オーミック性の良好
な接触が得られる。さらに前述のJ.T.Trexler らによる
公知例には、基板上にＮｉ、Ａｕの順で積層した電極を
熱処理した場合、良好な電気接触が得られると共にＮｉ
はＡｕ層を通り抜けて拡散し、電極表面で酸化される事
が記載されている。なお、本明細書の分類に従えば、Ｎ
ｉは第１の金属、Ａｕは第２の金属に分類される。
【００１４】我々の検討によれば、上記のように半導体
基板上に第２の金属、第１の金属の順で薄膜を形成した
場合にも、熱処理後には半導体側から第１の金属、第２
の金属を含む金属酸化物という第１の金属、第２の金属
の順に積層して熱処理した場合と同じ層構造が形成され
ることが判った。この時、第２の金属層が金属酸化物層
となった事により電極薄膜は透光性を発現した。しかし
ながら、このような順の積層方法を用いた場合には、熱
処理の温度が低い場合には、充分な透光性が得られなか
った。特に５００℃以下の温度では、充分な透光性を安
定して発現させることはできなかった。この原因は、半
導体側に積層した金属が電極層表面まで拡散するのに高
い熱処理温度を必要とするためと思われる。
基板上に第２の金属、第１の金属の順で薄膜を形成した
場合にも、熱処理後には半導体側から第１の金属、第２
の金属を含む金属酸化物という第１の金属、第２の金属
の順に積層して熱処理した場合と同じ層構造が形成され
ることが判った。この時、第２の金属層が金属酸化物層
となった事により電極薄膜は透光性を発現した。しかし
ながら、このような順の積層方法を用いた場合には、熱
処理の温度が低い場合には、充分な透光性が得られなか
った。特に５００℃以下の温度では、充分な透光性を安
定して発現させることはできなかった。この原因は、半
導体側に積層した金属が電極層表面まで拡散するのに高
い熱処理温度を必要とするためと思われる。
【００１５】従って、本発明の目的は、半導体発光素子
用の透光性の電極において、基板側から第１の金属、第
２の金属の順で金属膜を形成して熱処理する方法よりも
電気特性を改善された、オーミック性でより小さな接触
抵抗の接触面を安定して実現する事ができ、かつ、基板
側から第２の金属、第１の金属の順で金属膜を形成して
熱処理する方法よりも広い範囲の熱処理温度で透光性の
電極を安定して簡便に作製することのできる透光性電極
の作製方法を提供する事にある。
用の透光性の電極において、基板側から第１の金属、第
２の金属の順で金属膜を形成して熱処理する方法よりも
電気特性を改善された、オーミック性でより小さな接触
抵抗の接触面を安定して実現する事ができ、かつ、基板
側から第２の金属、第１の金属の順で金属膜を形成して
熱処理する方法よりも広い範囲の熱処理温度で透光性の
電極を安定して簡便に作製することのできる透光性電極
の作製方法を提供する事にある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体表面上
に、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄのうちから選ばれた少なくとも１
種類の金属と、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｚｎ、
Ｃｕ、Ｍｇ、Ｉｎのうちから選ばれた少なくとも１種類
の金属とを含有する合金からなる金属薄膜層を形成する
第１の工程と、該金属薄膜層を酸素を含む雰囲気中で熱
処理する第２の工程とを含む発光半導体素子用透光性電
極の作製方法である。
に、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄのうちから選ばれた少なくとも１
種類の金属と、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｚｎ、
Ｃｕ、Ｍｇ、Ｉｎのうちから選ばれた少なくとも１種類
の金属とを含有する合金からなる金属薄膜層を形成する
第１の工程と、該金属薄膜層を酸素を含む雰囲気中で熱
処理する第２の工程とを含む発光半導体素子用透光性電
極の作製方法である。
【００１７】特に本発明は、前記第１の工程において、
金属薄膜層は１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の膜厚となる
ように形成されることを特徴とする。また特に本発明
は、前記第２の工程を酸素を１ｐｐｍ以上含む雰囲気内
で行うことを特徴とする。また特に本発明は、前記第２
の工程において、熱処理は３００℃以上の温度で１分以
上行うことを特徴とする。また特に本発明は、半導体が
ＧａＮ系化合物半導体であることを特徴とする。
金属薄膜層は１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の膜厚となる
ように形成されることを特徴とする。また特に本発明
は、前記第２の工程を酸素を１ｐｐｍ以上含む雰囲気内
で行うことを特徴とする。また特に本発明は、前記第２
の工程において、熱処理は３００℃以上の温度で１分以
上行うことを特徴とする。また特に本発明は、半導体が
ＧａＮ系化合物半導体であることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明に係わる発光半導体素子用
透光性電極の作製方法は、酸素との反応性の低い第１の
金属と、酸素と反応して透光性の金属酸化物を形成する
第２の金属との合金からなる薄膜を半導体表面上に形成
し、酸素を含む雰囲気中で熱処理することにより、第２
の金属の酸化を引き起こして薄膜表面に金属酸化膜を形
成させ、結果として半導体に接した第１の金属からなる
層と、その表面を覆う透光性の第２の金属の酸化物から
なる金属酸化膜に分離された電極構造を形成する点に特
徴がある。
透光性電極の作製方法は、酸素との反応性の低い第１の
金属と、酸素と反応して透光性の金属酸化物を形成する
第２の金属との合金からなる薄膜を半導体表面上に形成
し、酸素を含む雰囲気中で熱処理することにより、第２
の金属の酸化を引き起こして薄膜表面に金属酸化膜を形
成させ、結果として半導体に接した第１の金属からなる
層と、その表面を覆う透光性の第２の金属の酸化物から
なる金属酸化膜に分離された電極構造を形成する点に特
徴がある。
【００１９】半導体表面に形成された合金薄膜は、その
成分として酸素との反応性の高い第２の金属を含んでい
るので、熱処理に際して半導体表面の酸化物層を破壊
し、第１の金属と半導体との接触の電気特性を良好にす
る。同時に、第２の金属は電極層表面に拡散して気相雰
囲気中の酸素と反応し、透光性の金属酸化物となって電
極層表面に固定される。
成分として酸素との反応性の高い第２の金属を含んでい
るので、熱処理に際して半導体表面の酸化物層を破壊
し、第１の金属と半導体との接触の電気特性を良好にす
る。同時に、第２の金属は電極層表面に拡散して気相雰
囲気中の酸素と反応し、透光性の金属酸化物となって電
極層表面に固定される。
【００２０】また、金属薄膜を熱処理によって酸化させ
て透光性の酸化物とする透光性電極の作製方法におい
て、本発明に係わる合金からなる単層薄膜を形成して熱
処理により透光性とする方法は、基板側から、酸化して
透光性の酸化物となる第２の金属の層、半導体とのオー
ミック接触を形成するための第１の金属からなる層を順
に形成しておき、これを熱処理して第１の金属を半導体
表面にまで拡散させ、同時に第２の金属を酸化して透光
性を発現させる方法よりも、より広い範囲の熱処理温度
で安定して透光性とする事が可能である。
て透光性の酸化物とする透光性電極の作製方法におい
て、本発明に係わる合金からなる単層薄膜を形成して熱
処理により透光性とする方法は、基板側から、酸化して
透光性の酸化物となる第２の金属の層、半導体とのオー
ミック接触を形成するための第１の金属からなる層を順
に形成しておき、これを熱処理して第１の金属を半導体
表面にまで拡散させ、同時に第２の金属を酸化して透光
性を発現させる方法よりも、より広い範囲の熱処理温度
で安定して透光性とする事が可能である。
【００２１】例えば第１の金属としてＡｕを、また第２
の金属としてＮｉを選択して行った我々の検討によれ
ば、熱処理温度を５５０℃とした場合には、基板側から
Ｎｉ、Ａｕの積層順で形成した金属薄膜でも、本発明で
開示した技術に基づいてＡｕＮｉ合金を形成した金属薄
膜でも、蒸着直後はともに１０％であった透過率が熱処
理後は５０％に上昇した。しかし、熱処理温度を４５０
℃とした場合には、Ｎｉ／Ａｕの金属薄膜では熱処理後
も３０％までしか上昇しなかったのに対し、ＡｕＮｉ合
金で形成した金属薄膜では熱処理後の透過率が５０％ま
で上昇した。
の金属としてＮｉを選択して行った我々の検討によれ
ば、熱処理温度を５５０℃とした場合には、基板側から
Ｎｉ、Ａｕの積層順で形成した金属薄膜でも、本発明で
開示した技術に基づいてＡｕＮｉ合金を形成した金属薄
膜でも、蒸着直後はともに１０％であった透過率が熱処
理後は５０％に上昇した。しかし、熱処理温度を４５０
℃とした場合には、Ｎｉ／Ａｕの金属薄膜では熱処理後
も３０％までしか上昇しなかったのに対し、ＡｕＮｉ合
金で形成した金属薄膜では熱処理後の透過率が５０％ま
で上昇した。
【００２２】半導体の導電型がｐ型、ｎ型の別に係わら
ず、半導体に接触させる層を形成するための第１の金属
は、良好なオーミック接触を得ることができる金属であ
るＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄから選ぶことができる。また、これ
らの金属の内の少なくとも２種類を組み合わせた合金を
用いてもよい。
ず、半導体に接触させる層を形成するための第１の金属
は、良好なオーミック接触を得ることができる金属であ
るＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄから選ぶことができる。また、これ
らの金属の内の少なくとも２種類を組み合わせた合金を
用いてもよい。
【００２３】一方、第２の金属としては、熱処理により
酸化されて金属酸化物となった時に、比較的透光性に優
れる酸化物を形成するＮｉ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、
Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｉｎよりなる群より選ばれた少なく
とも１種類の金属を用いることができる。特に、第２の
金属を含む酸化物の中でも透光性であることが広く知ら
れているのは、ＮｉＯ、ＴｉＯ2 、ＳｎＯ、Ｃｒ2 Ｏ
3 、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｃｕ2 Ｏ、ＭｇＯ、Ｉｎ2 Ｏ3 な
どであり、熱処理後にこれらの金属酸化物となるような
膜形成条件、熱処理条件を選ぶことが重要である。
酸化されて金属酸化物となった時に、比較的透光性に優
れる酸化物を形成するＮｉ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、
Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｉｎよりなる群より選ばれた少なく
とも１種類の金属を用いることができる。特に、第２の
金属を含む酸化物の中でも透光性であることが広く知ら
れているのは、ＮｉＯ、ＴｉＯ2 、ＳｎＯ、Ｃｒ2 Ｏ
3 、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｃｕ2 Ｏ、ＭｇＯ、Ｉｎ2 Ｏ3 な
どであり、熱処理後にこれらの金属酸化物となるような
膜形成条件、熱処理条件を選ぶことが重要である。
【００２４】特に本発明においては、半導体表面に接し
て、ＡｕとＮｉの合金よりなる金属薄膜を形成すること
が望ましい。なぜなら、Ａｕは一般に薄膜とした場合に
透光性を示すことが知られており、貴金属であって酸素
との反応性も小さいため、第２の金属として好適であ
る。また、Ｎｉは半導体表面に形成して熱処理すると、
半導体表面の汚染層を破壊して接触特性を良好にする事
が知られている上に、酸化されて透光性の金属酸化物で
あるＮｉＯとなるため、第１の金属として好適である。
更に、ＡｕとＮｉは一般に規則合金として知られる合金
を形成するからである。
て、ＡｕとＮｉの合金よりなる金属薄膜を形成すること
が望ましい。なぜなら、Ａｕは一般に薄膜とした場合に
透光性を示すことが知られており、貴金属であって酸素
との反応性も小さいため、第２の金属として好適であ
る。また、Ｎｉは半導体表面に形成して熱処理すると、
半導体表面の汚染層を破壊して接触特性を良好にする事
が知られている上に、酸化されて透光性の金属酸化物で
あるＮｉＯとなるため、第１の金属として好適である。
更に、ＡｕとＮｉは一般に規則合金として知られる合金
を形成するからである。
【００２５】また本発明の発光半導体素子用透光性電極
の作製方法において、特に、前記第１の金属と第２の金
属の合金からなる層を、膜厚が１ｎｍ以上１０００ｎｍ
以下であるように形成することが好ましい。１０００ｎ
ｍ以上の膜厚では、薄膜に含まれる第２の金属を均一に
酸化することが困難であり、熱処理によって透光性の発
現が不安定である。一方、１ｎｍ以下の膜厚では薄膜の
強度が弱く、ハンドリング時のダメージが多くなる。ま
た上記発光半導体素子用透光性電極の製造方法におい
て、特に、熱処理後の前記第１の金属よりなる層の膜厚
が１ｎｍ以上５００ｎｍ以下となるようにすることが特
に好ましい。金属層の膜厚が１ｎｍ以下では、電極その
ものの抵抗が高く、また電極層の電流密度が高くなるた
め長時間の使用による損傷が激しく、実用には適さな
い。一方、金属層の膜厚が５００ｎｍ以上になると、ほ
とんどの金属は透光性を持たない。また上記発光半導体
素子用透光性電極の製造方法において、熱処理後の前記
第２の金属の金属酸化物よりなる層の膜厚が１ｎｍ以上
１０００ｎｍ以下となるようにすることが特に好まし
い。金属酸化物層の膜厚が１ｎｍ以下では、保護膜とし
て有効でない。一方、１０００ｎｍ以上となると、湿式
エッチングなどによる加工が困難になる。
の作製方法において、特に、前記第１の金属と第２の金
属の合金からなる層を、膜厚が１ｎｍ以上１０００ｎｍ
以下であるように形成することが好ましい。１０００ｎ
ｍ以上の膜厚では、薄膜に含まれる第２の金属を均一に
酸化することが困難であり、熱処理によって透光性の発
現が不安定である。一方、１ｎｍ以下の膜厚では薄膜の
強度が弱く、ハンドリング時のダメージが多くなる。ま
た上記発光半導体素子用透光性電極の製造方法におい
て、特に、熱処理後の前記第１の金属よりなる層の膜厚
が１ｎｍ以上５００ｎｍ以下となるようにすることが特
に好ましい。金属層の膜厚が１ｎｍ以下では、電極その
ものの抵抗が高く、また電極層の電流密度が高くなるた
め長時間の使用による損傷が激しく、実用には適さな
い。一方、金属層の膜厚が５００ｎｍ以上になると、ほ
とんどの金属は透光性を持たない。また上記発光半導体
素子用透光性電極の製造方法において、熱処理後の前記
第２の金属の金属酸化物よりなる層の膜厚が１ｎｍ以上
１０００ｎｍ以下となるようにすることが特に好まし
い。金属酸化物層の膜厚が１ｎｍ以下では、保護膜とし
て有効でない。一方、１０００ｎｍ以上となると、湿式
エッチングなどによる加工が困難になる。
【００２６】第１の金属の膜厚は、透光性を得るために
１ｎｍから５００ｎｍの範囲の膜厚、その中でも金属に
固有の物性値である吸光係数から計算して光の透過率が
１０％から９０％を実現するような膜厚に制御して形成
されることが好ましく、また、第２の層の膜厚は透光性
を実現し、保護膜としての機能に優れ且つ透光性の良好
な１ｎｍから１０００ｎｍの範囲になることが好まし
い。
１ｎｍから５００ｎｍの範囲の膜厚、その中でも金属に
固有の物性値である吸光係数から計算して光の透過率が
１０％から９０％を実現するような膜厚に制御して形成
されることが好ましく、また、第２の層の膜厚は透光性
を実現し、保護膜としての機能に優れ且つ透光性の良好
な１ｎｍから１０００ｎｍの範囲になることが好まし
い。
【００２７】本発明では透光性の電極を、前記第１の金
属と前記第２の金属の合金からなる薄膜層を形成する第
１の工程の後に、酸素を含む雰囲気中で熱処理すること
により合金からなる薄膜層の中の第２の金属を酸化する
第２の工程を行うことによって作製することができる。
酸素を含む雰囲気とは、酸素ガス（Ｏ2 ）や水蒸気（Ｈ
2 Ｏ）等を含む雰囲気である。特に、酸素を含む雰囲気
としては、酸素ガス（Ｏ2 ）を含む雰囲気を用いること
が、雰囲気中の酸素濃度を所望の値に精度良く制御でき
るため好ましい。
属と前記第２の金属の合金からなる薄膜層を形成する第
１の工程の後に、酸素を含む雰囲気中で熱処理すること
により合金からなる薄膜層の中の第２の金属を酸化する
第２の工程を行うことによって作製することができる。
酸素を含む雰囲気とは、酸素ガス（Ｏ2 ）や水蒸気（Ｈ
2 Ｏ）等を含む雰囲気である。特に、酸素を含む雰囲気
としては、酸素ガス（Ｏ2 ）を含む雰囲気を用いること
が、雰囲気中の酸素濃度を所望の値に精度良く制御でき
るため好ましい。
【００２８】熱処理雰囲気中の酸素の濃度については、
酸化しようとする第２の金属の性質に応じて決定する必
要がある。しかしながら、熱処理の雰囲気中の酸素濃度
を変えて行った我々の検討によれば、酸素原子をどのよ
うな分子として導入しても、熱処理雰囲気中の酸素濃度
が１ｐｐｍ以下の条件では、電極薄膜が安定して透光性
を発現することはなかった。よって、本発明において
は、上記発光半導体素子用透光性電極の作製方法におい
て、特に前記熱処理の工程において熱処理の雰囲気内に
酸素を１ｐｐｍ以上含むことが望ましい。さらに好まし
くは、熱処理の雰囲気内の酸素は１〜２５％とする。酸
素が１％以下であると第２の金属の酸化に長時間必要と
なる場合があり、一方酸素が２５％以上であると熱処理
の過程でＧａＮ系化合物半導体がダメージを受ける場合
がある。
酸化しようとする第２の金属の性質に応じて決定する必
要がある。しかしながら、熱処理の雰囲気中の酸素濃度
を変えて行った我々の検討によれば、酸素原子をどのよ
うな分子として導入しても、熱処理雰囲気中の酸素濃度
が１ｐｐｍ以下の条件では、電極薄膜が安定して透光性
を発現することはなかった。よって、本発明において
は、上記発光半導体素子用透光性電極の作製方法におい
て、特に前記熱処理の工程において熱処理の雰囲気内に
酸素を１ｐｐｍ以上含むことが望ましい。さらに好まし
くは、熱処理の雰囲気内の酸素は１〜２５％とする。酸
素が１％以下であると第２の金属の酸化に長時間必要と
なる場合があり、一方酸素が２５％以上であると熱処理
の過程でＧａＮ系化合物半導体がダメージを受ける場合
がある。
【００２９】また本出願に係わる発明は、上記発光半導
体素子用透光性電極の作製方法において、特に前記第２
の工程において、熱処理は３００℃以上の温度で１分以
上行うことを特徴とする。すなわち、上記の発光半導体
素子用電極の作製方法とは、第１の工程で作製した前記
第１の金属と前記第２の金属との合金の薄膜を、酸素を
含む雰囲気中で温度３００℃以上で１分以上熱処理する
ことにより作製することを特徴としている。熱処理の温
度及び時間は、第２の金属に応じて選択する必要があ
る。我々の検討によれば、本発明において使用可能な第
２の金属では、３００℃以下の温度ではいかに長時間の
処理を行ったとしても完全に均一に酸化することはでき
なかった。処理温度は高い方が安定して金属を酸化でき
るため、３００℃以上のどのような温度を用いても良い
が、半導体が分解しないような温度とすることは当然で
ある。また熱処理温度を４５０℃以上とすると、第２の
金属を１時間以内の短時間で均一に酸化できるためさら
に好ましい。
体素子用透光性電極の作製方法において、特に前記第２
の工程において、熱処理は３００℃以上の温度で１分以
上行うことを特徴とする。すなわち、上記の発光半導体
素子用電極の作製方法とは、第１の工程で作製した前記
第１の金属と前記第２の金属との合金の薄膜を、酸素を
含む雰囲気中で温度３００℃以上で１分以上熱処理する
ことにより作製することを特徴としている。熱処理の温
度及び時間は、第２の金属に応じて選択する必要があ
る。我々の検討によれば、本発明において使用可能な第
２の金属では、３００℃以下の温度ではいかに長時間の
処理を行ったとしても完全に均一に酸化することはでき
なかった。処理温度は高い方が安定して金属を酸化でき
るため、３００℃以上のどのような温度を用いても良い
が、半導体が分解しないような温度とすることは当然で
ある。また熱処理温度を４５０℃以上とすると、第２の
金属を１時間以内の短時間で均一に酸化できるためさら
に好ましい。
【００３０】また我々の検討によれば、熱処理を行う時
間として１分以下では、上記の範囲で選択される如何な
る高温で処理したとしても完全に均一に酸化することは
できなかった。よって、熱処理は１分以上行うことが望
ましい。また、炉内の圧力は常圧であっても常圧よりも
低い圧力であっても構わないが、１Ｔｏｒｒ以上である
ことが望ましい。１Ｔｏｒｒ以下の圧力では、熱処理炉
内の酸素濃度を高く保つことが困難であり、透光性が安
定して発現されないからである。
間として１分以下では、上記の範囲で選択される如何な
る高温で処理したとしても完全に均一に酸化することは
できなかった。よって、熱処理は１分以上行うことが望
ましい。また、炉内の圧力は常圧であっても常圧よりも
低い圧力であっても構わないが、１Ｔｏｒｒ以上である
ことが望ましい。１Ｔｏｒｒ以下の圧力では、熱処理炉
内の酸素濃度を高く保つことが困難であり、透光性が安
定して発現されないからである。
【００３１】また、本発明においては、第２の工程であ
る第２の金属を酸化させるための熱処理を、電極の接触
特性を良くするための熱処理と兼ねることができる。こ
れは、熱処理した際に合金層に含まれる第２の金属が半
導体表面に存在する酸化物層と反応し、これを破壊する
機能を持つからである。酸化物の層を破壊すると同時
に、第２の金属は熱処理雰囲気中の酸素と反応して金属
酸化物層として電極層表面に固定され、半導体と第１の
金属が直接に接触する金属層が半導体上に形成される。
る第２の金属を酸化させるための熱処理を、電極の接触
特性を良くするための熱処理と兼ねることができる。こ
れは、熱処理した際に合金層に含まれる第２の金属が半
導体表面に存在する酸化物層と反応し、これを破壊する
機能を持つからである。酸化物の層を破壊すると同時
に、第２の金属は熱処理雰囲気中の酸素と反応して金属
酸化物層として電極層表面に固定され、半導体と第１の
金属が直接に接触する金属層が半導体上に形成される。
【００３２】また本出願に係わる発明は、上記発光半導
体素子用透光性電極の作製方法において、特に半導体が
ＧａＮ系化合物半導体であることを特徴とする。すなわ
ち、本発明に係わる発光半導体素子用透光性電極の作製
方法は、発光半導体素子において電極から横方向への電
流拡散が小さい、ＧａＮ系化合物半導体の場合に特に有
効に用いることが出来る。ＧａＮ系化合物半導体は一般
にＡｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表すことが出来る。
体素子用透光性電極の作製方法において、特に半導体が
ＧａＮ系化合物半導体であることを特徴とする。すなわ
ち、本発明に係わる発光半導体素子用透光性電極の作製
方法は、発光半導体素子において電極から横方向への電
流拡散が小さい、ＧａＮ系化合物半導体の場合に特に有
効に用いることが出来る。ＧａＮ系化合物半導体は一般
にＡｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表すことが出来る。
【００３３】第１の金属と第２の金属の組み合わせは、
合金として薄膜を形成できるように適切な組み合わせを
選択することが望ましい。ここで、本明細書でいう「合
金」とは、原子レベルで混ざり合った金属だけを意味す
るものではなく、微細な結晶粒の混合物をも指して用い
ることとする。例えば、共融して合金とならないような
金属同士でも、スパッタリングのターゲットとして２種
類の金属の混合物を用いれば、２種類の金属微結晶の混
合物として基板に付着させることが可能である。このよ
うな微結晶の混合物をも含めて、本明細書では「合金」
という言葉を用いている。また、第１の工程において形
成した合金薄膜における第１の金属と第２の金属の混合
の比率は、熱処理後に形成される層構造における各層の
膜厚の比率などから逆算して決定することが望ましい。
合金として薄膜を形成できるように適切な組み合わせを
選択することが望ましい。ここで、本明細書でいう「合
金」とは、原子レベルで混ざり合った金属だけを意味す
るものではなく、微細な結晶粒の混合物をも指して用い
ることとする。例えば、共融して合金とならないような
金属同士でも、スパッタリングのターゲットとして２種
類の金属の混合物を用いれば、２種類の金属微結晶の混
合物として基板に付着させることが可能である。このよ
うな微結晶の混合物をも含めて、本明細書では「合金」
という言葉を用いている。また、第１の工程において形
成した合金薄膜における第１の金属と第２の金属の混合
の比率は、熱処理後に形成される層構造における各層の
膜厚の比率などから逆算して決定することが望ましい。
【００３４】また、第１の工程において合金薄膜を形成
する方法としては、通常の抵抗加熱蒸着法の他、電子線
加熱蒸着法、スパッタリング法などを用いることができ
る。前記第１の金属と前記第２の金属とからなる合金の
層からなる電極は、例えば形成したままでは金属光沢を
呈する濃い色の膜であるが、熱処理による酸化により第
２の金属が酸化して透光性の金属酸化物となり、透光性
を示す。
する方法としては、通常の抵抗加熱蒸着法の他、電子線
加熱蒸着法、スパッタリング法などを用いることができ
る。前記第１の金属と前記第２の金属とからなる合金の
層からなる電極は、例えば形成したままでは金属光沢を
呈する濃い色の膜であるが、熱処理による酸化により第
２の金属が酸化して透光性の金属酸化物となり、透光性
を示す。
【００３５】
【作用】本発明の提供する発光半導体素子用電極の作製
方法は、半導体層にオーミック接触可能な第１の金属と
熱処理によって透光性を有する金属酸化物となる第２の
金属との合金薄膜を形成する第１の工程と、これを酸素
を含む雰囲気中で熱処理して、合金中の第２の金属を選
択的に酸化させて合金から分離し、透光性の酸化膜とす
る第２の工程とを含むことを特徴とする。熱処理する金
属薄膜を合金薄膜とすることにより、半導体表面上に第
２の金属、第１の金属の順で薄膜を形成した場合より
も、広い熱処理温度範囲で良好な透光性の電極を安定し
て簡単に得ることができる。また、金属薄膜を合金薄膜
とすることにより、半導体表面の汚染層を破壊する第２
の金属が半導体表面に存在し、熱処理の際の化学反応に
よって半導体表面に形成された酸化物の層を破壊して、
電気的な接触特性の良好な電極を安定して製造すること
ができる。
方法は、半導体層にオーミック接触可能な第１の金属と
熱処理によって透光性を有する金属酸化物となる第２の
金属との合金薄膜を形成する第１の工程と、これを酸素
を含む雰囲気中で熱処理して、合金中の第２の金属を選
択的に酸化させて合金から分離し、透光性の酸化膜とす
る第２の工程とを含むことを特徴とする。熱処理する金
属薄膜を合金薄膜とすることにより、半導体表面上に第
２の金属、第１の金属の順で薄膜を形成した場合より
も、広い熱処理温度範囲で良好な透光性の電極を安定し
て簡単に得ることができる。また、金属薄膜を合金薄膜
とすることにより、半導体表面の汚染層を破壊する第２
の金属が半導体表面に存在し、熱処理の際の化学反応に
よって半導体表面に形成された酸化物の層を破壊して、
電気的な接触特性の良好な電極を安定して製造すること
ができる。
【００３６】
（実施例１）本発明に係わる発光半導体素子用透光性電
極の作製方法の一例は、図３の断面図で示すような、サ
ファイア基板上にＡｌＮをバッファ層としてｎ型ＧａＮ
層、ＩｎＧａＮ層、ｐ型ＡｌＧａＮ層、ｐ型ＧａＮ層を
順に積層した半導体基板９のｐ型ＧａＮ層上に、Ａｕか
らなる第１の層１０、Ｎｉの酸化物からなる第２の層１
１が形成された電極を形成する作製方法である。なお図
３で７はｐ側電極ボンディング用パッド、８はｎ側電極
である。また図２は、図３で示した発光半導体素子用電
極の平面図であり、６で示した部分が本発明に係わる作
製方法で形成された透光性電極である。
極の作製方法の一例は、図３の断面図で示すような、サ
ファイア基板上にＡｌＮをバッファ層としてｎ型ＧａＮ
層、ＩｎＧａＮ層、ｐ型ＡｌＧａＮ層、ｐ型ＧａＮ層を
順に積層した半導体基板９のｐ型ＧａＮ層上に、Ａｕか
らなる第１の層１０、Ｎｉの酸化物からなる第２の層１
１が形成された電極を形成する作製方法である。なお図
３で７はｐ側電極ボンディング用パッド、８はｎ側電極
である。また図２は、図３で示した発光半導体素子用電
極の平面図であり、６で示した部分が本発明に係わる作
製方法で形成された透光性電極である。
【００３７】図２、図３に示した発光半導体素子用透光
性電極は、次の手順で作製した。初めに、公知のフォト
リソグラフィー技術を用い、ｐ型ＧａＮ層上にＡｕＢｅ
／Ａｕ層構造よりなるｐ側電極ボンディング用パッド７
を形成した。続いて、公知のフォトリソグラフィー技術
及びリフトオフ技術を用いて、ｐ型ＧａＮ層上の透光性
電極を形成する領域６にのみ、ＡｕおよびＮｉの合金か
らなる合金薄膜層を形成した。合金薄膜層の形成では、
まず半導体基板９を真空蒸着機に入れ、ｐ型ＧａＮ層上
に圧力３×１０-6ＴｏｒｒにおいてＡｕとＮｉの合金を
蒸着した。蒸着の際には、抵抗加熱用のタングステン製
のボートにＡｕとＮｉの金属片を体積比率でＡｕ：Ｎｉ
＝２：１となるようにのせた。また、ボートに電流を通
じて加熱後金属が溶融した事を確認し、充分混ぜ合う様
に時間をおいてから基板とボートの間を遮っていたシャ
ッターを開放して蒸着を開始し、膜厚３０ｎｍのＡｕＮ
ｉ合金電極薄膜を形成した。ＡｕＮｉ合金を蒸着した基
板は、真空室から取り出した後通常リフトオフと呼ばれ
る手順に則って処理し、図２の６で示す形状の薄膜を形
成した。このようにしてｐ型ＧａＮ層上には単層の電極
薄膜が形成された。この単層の電極薄膜がＡｕＮｉ合金
から成る事は、一般的な薄膜Ｘ線回折法を用いて確認し
た。この薄膜は金属光沢を呈する暗灰色であり、透光性
はほとんど見られなかった。
性電極は、次の手順で作製した。初めに、公知のフォト
リソグラフィー技術を用い、ｐ型ＧａＮ層上にＡｕＢｅ
／Ａｕ層構造よりなるｐ側電極ボンディング用パッド７
を形成した。続いて、公知のフォトリソグラフィー技術
及びリフトオフ技術を用いて、ｐ型ＧａＮ層上の透光性
電極を形成する領域６にのみ、ＡｕおよびＮｉの合金か
らなる合金薄膜層を形成した。合金薄膜層の形成では、
まず半導体基板９を真空蒸着機に入れ、ｐ型ＧａＮ層上
に圧力３×１０-6ＴｏｒｒにおいてＡｕとＮｉの合金を
蒸着した。蒸着の際には、抵抗加熱用のタングステン製
のボートにＡｕとＮｉの金属片を体積比率でＡｕ：Ｎｉ
＝２：１となるようにのせた。また、ボートに電流を通
じて加熱後金属が溶融した事を確認し、充分混ぜ合う様
に時間をおいてから基板とボートの間を遮っていたシャ
ッターを開放して蒸着を開始し、膜厚３０ｎｍのＡｕＮ
ｉ合金電極薄膜を形成した。ＡｕＮｉ合金を蒸着した基
板は、真空室から取り出した後通常リフトオフと呼ばれ
る手順に則って処理し、図２の６で示す形状の薄膜を形
成した。このようにしてｐ型ＧａＮ層上には単層の電極
薄膜が形成された。この単層の電極薄膜がＡｕＮｉ合金
から成る事は、一般的な薄膜Ｘ線回折法を用いて確認し
た。この薄膜は金属光沢を呈する暗灰色であり、透光性
はほとんど見られなかった。
【００３８】次に、この基板をアニール炉で熱処理し
た。熱処理は温度を５００℃とし、雰囲気ガスとして２
０％の酸素ガスを含むアルゴンを流通して、１０分間処
理した。取り出した基板の透光性電極６は、青味をおび
た暗灰色で透光性を示していた。
た。熱処理は温度を５００℃とし、雰囲気ガスとして２
０％の酸素ガスを含むアルゴンを流通して、１０分間処
理した。取り出した基板の透光性電極６は、青味をおび
た暗灰色で透光性を示していた。
【００３９】上記の方法により作製した透光性電極の波
長４５０ｎｍの光における透過率は４５％であった。な
お、透過率および以下に示す薄膜Ｘ線回折法測定は、上
記と同じ透光性電極を測定用の大きさに形成したもので
測定した。熱処理後の透光性電極について、オージェ電
子分光法により深さ方向の成分分析を行った。熱処理に
よって、半導体と接触するほぼ純粋なＡｕからなる金属
の層と表面のＮｉの酸化物からなる層に分離されている
ことが判った。オージェ電子分光法により測定し、熱処
理後における電極薄膜の各元素の深さ方向プロファイル
を図１に示す。図１に示した上記の電極の組成の深さ方
向プロファイルより、半導体に接するＡｕの層にはＮｉ
は殆ど含まれていないことが判った。また、Ａｕ層中に
微量のＧａが検出されており、熱処理の初期においてＮ
ｉによるＧａ酸化物層の破壊が起きたことを示唆してい
る。また、熱処理前と同様の薄膜Ｘ線回折法によって、
熱処理後のＮｉの酸化物からなる第２の層１１を評価し
たところ、第２の層１１はＮｉＯと少量のＮｉよりなる
ことが判った。熱処理後の電極薄膜は、図３に示すよう
なｐ型ＧａＮ層上の透光性電極を形成する領域にのみ、
Ａｕからなる第１の層１０およびＮｉの酸化物からなる
第２の層１１を有する積層構造を持つ薄膜となった。
長４５０ｎｍの光における透過率は４５％であった。な
お、透過率および以下に示す薄膜Ｘ線回折法測定は、上
記と同じ透光性電極を測定用の大きさに形成したもので
測定した。熱処理後の透光性電極について、オージェ電
子分光法により深さ方向の成分分析を行った。熱処理に
よって、半導体と接触するほぼ純粋なＡｕからなる金属
の層と表面のＮｉの酸化物からなる層に分離されている
ことが判った。オージェ電子分光法により測定し、熱処
理後における電極薄膜の各元素の深さ方向プロファイル
を図１に示す。図１に示した上記の電極の組成の深さ方
向プロファイルより、半導体に接するＡｕの層にはＮｉ
は殆ど含まれていないことが判った。また、Ａｕ層中に
微量のＧａが検出されており、熱処理の初期においてＮ
ｉによるＧａ酸化物層の破壊が起きたことを示唆してい
る。また、熱処理前と同様の薄膜Ｘ線回折法によって、
熱処理後のＮｉの酸化物からなる第２の層１１を評価し
たところ、第２の層１１はＮｉＯと少量のＮｉよりなる
ことが判った。熱処理後の電極薄膜は、図３に示すよう
なｐ型ＧａＮ層上の透光性電極を形成する領域にのみ、
Ａｕからなる第１の層１０およびＮｉの酸化物からなる
第２の層１１を有する積層構造を持つ薄膜となった。
【００４０】また、電極とＧａＮ界面近くを断面方向か
らトンネル電子顕微鏡によって観察したところ、像観察
および電子線エネルギー分散分光法による分析から、薄
膜電極層は、ＧａＮ層との界面より２０ｎｍまでのＡｕ
からなる層と、そこから表面までのＮｉＯからなる層の
２層に分離していることが判った。また、ＧａＮ層とＡ
ｕ層との界面にはＧａ酸化物と思われる層は見られなか
った。
らトンネル電子顕微鏡によって観察したところ、像観察
および電子線エネルギー分散分光法による分析から、薄
膜電極層は、ＧａＮ層との界面より２０ｎｍまでのＡｕ
からなる層と、そこから表面までのＮｉＯからなる層の
２層に分離していることが判った。また、ＧａＮ層とＡ
ｕ層との界面にはＧａ酸化物と思われる層は見られなか
った。
【００４１】その後、ドライエッチングによってｎ電極
を形成する部分のｎ層を露出させ、露出した部分にＡｌ
よりなるｎ側電極８を形成し、ｎ側電極８のオーミック
接触を形成するための熱処理を行った。このようにして
電極を形成したウエハを４００μｍ角のチップに切断
し、リードフレーム上に載置し結線して発光ダイオード
としたところ、電流２０ｍＡにおける発光出力が平均８
０μＷ、順方向電圧は２．９Ｖを示した。また、２イン
チφの基板から１６０００個のチップが得られ、発光強
度が７８μＷに満たないチップを取り除いたところ、収
率は９８％であった。
を形成する部分のｎ層を露出させ、露出した部分にＡｌ
よりなるｎ側電極８を形成し、ｎ側電極８のオーミック
接触を形成するための熱処理を行った。このようにして
電極を形成したウエハを４００μｍ角のチップに切断
し、リードフレーム上に載置し結線して発光ダイオード
としたところ、電流２０ｍＡにおける発光出力が平均８
０μＷ、順方向電圧は２．９Ｖを示した。また、２イン
チφの基板から１６０００個のチップが得られ、発光強
度が７８μＷに満たないチップを取り除いたところ、収
率は９８％であった。
【００４２】（実施例２）本発明に係わる発光半導体素
子用透光性電極の作製方法の別の一例は、図５の断面図
で示すような、サファイア基板上にＡｌＮをバッファ層
としてｐ型ＧａＮ層、ｐ型ＡｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ
層、ｎ型ＧａＮ層を順に積層した半導体基板９のｎ型Ｇ
ａＮ層上に、Ｐｔからなる第１の層１０、ＴｉＯ2 から
なる第２の層１１を形成して作製した電極の作製方法で
ある。なお図５で７’はｐ側電極、８’はｐ側電極用ボ
ンディングパッドである。また図４は、図５で示した発
光半導体素子用電極部の平面図であり、６で示した部分
が本発明に係わる透光性電極である。
子用透光性電極の作製方法の別の一例は、図５の断面図
で示すような、サファイア基板上にＡｌＮをバッファ層
としてｐ型ＧａＮ層、ｐ型ＡｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ
層、ｎ型ＧａＮ層を順に積層した半導体基板９のｎ型Ｇ
ａＮ層上に、Ｐｔからなる第１の層１０、ＴｉＯ2 から
なる第２の層１１を形成して作製した電極の作製方法で
ある。なお図５で７’はｐ側電極、８’はｐ側電極用ボ
ンディングパッドである。また図４は、図５で示した発
光半導体素子用電極部の平面図であり、６で示した部分
が本発明に係わる透光性電極である。
【００４３】図５、図６に示した発光半導体素子用透光
性電極は、実施例１と同様に次の手順で作製した。初め
に、公知のフォトリソグラフィー技術を用い、ｎ型Ｇａ
Ｎ層上にＡｌよりなるｎ側電極用ボンディングパッド
８’を形成した。続いて、公知のフォトリソグラフィー
技術及びリフトオフ技術を用いて、ｎ型ＧａＮ層上の透
光性電極を形成する領域６にのみＰｔおよびＴｉの合金
からなる合金薄膜層を形成した。合金薄膜層の形成で
は、まず、半導体基板９を真空スパッタ装置に入れ、圧
力３×１０-6ＴｏｒｒにおいてＰｔとＴｉを体積比にし
て同量含むＰｔＴｉ合金をターゲットとして用いて膜厚
２０ｎｍの電極薄膜を形成した。ＰｔＴｉ合金の薄膜を
形成した基板は真空室から取り出した後、通常リフトオ
フと呼ばれる手順に則って処理し、図４の６で示す形状
の薄膜を形成した。このようにして、ｎ型ＧａＮ層上に
はＰｔＴｉ合金からなる金属薄膜が形成された。この薄
膜は金属光沢を呈する銀色であり、透光性はほとんど見
られなかった。次にこの基板を、アニール炉において雰
囲気ガスを酸素ガスを１０％含む窒素雰囲気として４５
０℃の温度で１時間熱処理した。熱処理後の薄膜電極部
分を光学顕微鏡で観察すると、金属光沢を失っており黄
色みを帯びた透光性を示した。熱処理後の電極薄膜の断
面は図５に示すようになった。
性電極は、実施例１と同様に次の手順で作製した。初め
に、公知のフォトリソグラフィー技術を用い、ｎ型Ｇａ
Ｎ層上にＡｌよりなるｎ側電極用ボンディングパッド
８’を形成した。続いて、公知のフォトリソグラフィー
技術及びリフトオフ技術を用いて、ｎ型ＧａＮ層上の透
光性電極を形成する領域６にのみＰｔおよびＴｉの合金
からなる合金薄膜層を形成した。合金薄膜層の形成で
は、まず、半導体基板９を真空スパッタ装置に入れ、圧
力３×１０-6ＴｏｒｒにおいてＰｔとＴｉを体積比にし
て同量含むＰｔＴｉ合金をターゲットとして用いて膜厚
２０ｎｍの電極薄膜を形成した。ＰｔＴｉ合金の薄膜を
形成した基板は真空室から取り出した後、通常リフトオ
フと呼ばれる手順に則って処理し、図４の６で示す形状
の薄膜を形成した。このようにして、ｎ型ＧａＮ層上に
はＰｔＴｉ合金からなる金属薄膜が形成された。この薄
膜は金属光沢を呈する銀色であり、透光性はほとんど見
られなかった。次にこの基板を、アニール炉において雰
囲気ガスを酸素ガスを１０％含む窒素雰囲気として４５
０℃の温度で１時間熱処理した。熱処理後の薄膜電極部
分を光学顕微鏡で観察すると、金属光沢を失っており黄
色みを帯びた透光性を示した。熱処理後の電極薄膜の断
面は図５に示すようになった。
【００４４】上記の方法により作製した透光性電極は、
熱処理の前後で膜厚の変化はなく、薄膜電極部分の波長
４５０ｎｍの光の透過率は３０％であった。ＡＥＳおよ
び薄膜ＸＲＤの測定結果より、ＰｔＴｉ合金中のＴｉは
酸化されてＴｉＯ2 となり分離されて薄膜表面に存在し
ていた。すなわち、熱処理後の電極薄膜は、図５に示す
ようなｎ型ＧａＮ層上の透光性電極を形成する領域にの
みＰｔからなる第１の層１０およびＴｉの酸化物からな
る第２の層１１を有する積層構造を持つ薄膜となった。
更に、実施例１に記述したのと同様の方法で、ドライエ
ッチングにより露出したｐ型層上にＡｕＢｅ、Ａｕより
なるｐ側電極７’を形成した。この基板を切断、マウン
ト、結線して発光素子とした。作製された発光ダイオー
ドは、電流２０ｍＡにおける発光出力が８０μＷ、順方
向電圧は平均で２．９Ｖを示した。また、２インチφの
基板から１６０００個のチップが得られ、発光強度が７
６μＷに満たないチップを取り除いたところ収率は９６
％であった。
熱処理の前後で膜厚の変化はなく、薄膜電極部分の波長
４５０ｎｍの光の透過率は３０％であった。ＡＥＳおよ
び薄膜ＸＲＤの測定結果より、ＰｔＴｉ合金中のＴｉは
酸化されてＴｉＯ2 となり分離されて薄膜表面に存在し
ていた。すなわち、熱処理後の電極薄膜は、図５に示す
ようなｎ型ＧａＮ層上の透光性電極を形成する領域にの
みＰｔからなる第１の層１０およびＴｉの酸化物からな
る第２の層１１を有する積層構造を持つ薄膜となった。
更に、実施例１に記述したのと同様の方法で、ドライエ
ッチングにより露出したｐ型層上にＡｕＢｅ、Ａｕより
なるｐ側電極７’を形成した。この基板を切断、マウン
ト、結線して発光素子とした。作製された発光ダイオー
ドは、電流２０ｍＡにおける発光出力が８０μＷ、順方
向電圧は平均で２．９Ｖを示した。また、２インチφの
基板から１６０００個のチップが得られ、発光強度が７
６μＷに満たないチップを取り除いたところ収率は９６
％であった。
【００４５】（比較例１）実施例１と同じ積層構造を持
つ半導体基板に、実施例１と同様のパターンの電極を形
成した。初めに単層のＡｕ２５ｎｍからなる層１０のみ
を蒸着装置を用いて作製した。この基板を５００℃の温
度で２０％の酸素ガスを含むアルゴン雰囲気内で１０分
間熱処理した後、スパッタ法によってＮｉＯ１０ｎｍか
らなる層１１を形成した。形成した透光性電極面は青味
を帯びた透光性を示した。波長４５０ｍの光の透光率は
５０％であった。この試料のＧａＮとＡｕ界面近くを断
面ＴＥＭによって観察したところ、ＧａＮ層とＡｕ層の
界面に５〜６原子層からなるＧａ酸化物と思われる層が
見られた。このような手順で形成された薄膜電極を持つ
発光ダイオードを、実施例１と同様にして作製した。作
製された発光ダイオードの２０ｍＡにおける順方法電圧
は平均で４．０Ｖと実施例１よりも大きかった。同じく
２０ｍＡにおける発光強度は８０μＷと実施例１と同等
であった。
つ半導体基板に、実施例１と同様のパターンの電極を形
成した。初めに単層のＡｕ２５ｎｍからなる層１０のみ
を蒸着装置を用いて作製した。この基板を５００℃の温
度で２０％の酸素ガスを含むアルゴン雰囲気内で１０分
間熱処理した後、スパッタ法によってＮｉＯ１０ｎｍか
らなる層１１を形成した。形成した透光性電極面は青味
を帯びた透光性を示した。波長４５０ｍの光の透光率は
５０％であった。この試料のＧａＮとＡｕ界面近くを断
面ＴＥＭによって観察したところ、ＧａＮ層とＡｕ層の
界面に５〜６原子層からなるＧａ酸化物と思われる層が
見られた。このような手順で形成された薄膜電極を持つ
発光ダイオードを、実施例１と同様にして作製した。作
製された発光ダイオードの２０ｍＡにおける順方法電圧
は平均で４．０Ｖと実施例１よりも大きかった。同じく
２０ｍＡにおける発光強度は８０μＷと実施例１と同等
であった。
【００４６】（比較例２）実施例１と同じ積層構造を持
つ半導体基板に、実施例１と同様のパターンの電極を形
成した。半導体側から順にＡｕ２５ｎｍ、Ｎｉ１０ｎｍ
を蒸着装置を用いて形成し、これを酸素２０％含むアル
ゴンガス雰囲気中で５００℃にて１０分間熱処理した。
電極は透光性を示し透過率は４５％であった。このよう
な手順で形成された薄膜電極を持つ発光ダイオードを、
実施例１と同様にして作製した。作製された発光ダイオ
ードの２０ｍＡにおける順方向電圧は平均で３．８Ｖで
あり実施例１よりも大きく、順方向電圧が４．０Ｖを超
えるものが全数の４５％存在した。発光強度は２０μＷ
であり実施例１と同等であった。得られた素子のうち、
特に高い順方向電圧を示す素子のＧａＮとＡｕ界面近く
を断面ＴＥＭによって観察したところ、ＧａＮ層とＡｕ
層の界面の所々に５〜６原子層からなるＧａ酸化物と思
われる層が見られた。
つ半導体基板に、実施例１と同様のパターンの電極を形
成した。半導体側から順にＡｕ２５ｎｍ、Ｎｉ１０ｎｍ
を蒸着装置を用いて形成し、これを酸素２０％含むアル
ゴンガス雰囲気中で５００℃にて１０分間熱処理した。
電極は透光性を示し透過率は４５％であった。このよう
な手順で形成された薄膜電極を持つ発光ダイオードを、
実施例１と同様にして作製した。作製された発光ダイオ
ードの２０ｍＡにおける順方向電圧は平均で３．８Ｖで
あり実施例１よりも大きく、順方向電圧が４．０Ｖを超
えるものが全数の４５％存在した。発光強度は２０μＷ
であり実施例１と同等であった。得られた素子のうち、
特に高い順方向電圧を示す素子のＧａＮとＡｕ界面近く
を断面ＴＥＭによって観察したところ、ＧａＮ層とＡｕ
層の界面の所々に５〜６原子層からなるＧａ酸化物と思
われる層が見られた。
【００４７】（比較例３）実施例１と同じ積層構造を持
つ半導体基板に、実施例１と同じパターンの電極を形成
した。半導体側から順にＮｉ１０ｎｍ、Ａｕ２５ｎｍを
蒸着装置を用いて形成した。形成した電極面はやや金色
を帯びた金属光沢を呈した。これをアニール炉を用い
て、５００℃で酸素を２０％含むアルゴン中で１０分間
熱処理した。熱処理後、全数の約６０％の電極は透光性
が向上していたが、残りの約４０％の電極は金属光沢を
保ったままであった。このような手順で形成された薄膜
電極を持つ発光ダイオードを、実施例１と同様にして作
製した。素子は全部で１６０００個作成することができ
たが、２０ｍＡにおける発光強度が７６μＷに満たない
ものを取り除くと収率は５０％であった。
つ半導体基板に、実施例１と同じパターンの電極を形成
した。半導体側から順にＮｉ１０ｎｍ、Ａｕ２５ｎｍを
蒸着装置を用いて形成した。形成した電極面はやや金色
を帯びた金属光沢を呈した。これをアニール炉を用い
て、５００℃で酸素を２０％含むアルゴン中で１０分間
熱処理した。熱処理後、全数の約６０％の電極は透光性
が向上していたが、残りの約４０％の電極は金属光沢を
保ったままであった。このような手順で形成された薄膜
電極を持つ発光ダイオードを、実施例１と同様にして作
製した。素子は全部で１６０００個作成することができ
たが、２０ｍＡにおける発光強度が７６μＷに満たない
ものを取り除くと収率は５０％であった。
【００４８】
【発明の効果】本発明によれば、半導体との間に良好な
電気接触を示す発光半導体素子用透光性電極を、広い熱
処理温度範囲で安定して作製することができる作製方法
を提供することができる。その結果、発光強度が高く、
順方向電圧の低い発光半導体素子を収率よく製造するこ
とができる。
電気接触を示す発光半導体素子用透光性電極を、広い熱
処理温度範囲で安定して作製することができる作製方法
を提供することができる。その結果、発光強度が高く、
順方向電圧の低い発光半導体素子を収率よく製造するこ
とができる。
【００４９】なお、本発明における実施例は前記の３例
に限られるものではなく、例えば、第１の金属としては
Ｐｄ、Ｐｔなどを用いることもできる。また、第２の金
属としては、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｉ
ｎなどの金属を用いることができる。また、雰囲気ガス
としても、実施例に示した酸素ガスの他に、水（Ｈ2
Ｏ）、オゾン（Ｏ3 ）などの気体を混合して用いること
ができる。また、発光素子となる半導体材料としても本
実施例に記述したＧａＮの他にＧａＡｓ、ＧａＰ、Ｉｎ
ＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰなどを用いることもできる。
に限られるものではなく、例えば、第１の金属としては
Ｐｄ、Ｐｔなどを用いることもできる。また、第２の金
属としては、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｉ
ｎなどの金属を用いることができる。また、雰囲気ガス
としても、実施例に示した酸素ガスの他に、水（Ｈ2
Ｏ）、オゾン（Ｏ3 ）などの気体を混合して用いること
ができる。また、発光素子となる半導体材料としても本
実施例に記述したＧａＮの他にＧａＡｓ、ＧａＰ、Ｉｎ
ＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰなどを用いることもできる。
【図１】実施例１で作製した電極のオージェ電子分光に
よる各元素の深さ方向プロファイルを示した図。
よる各元素の深さ方向プロファイルを示した図。
【図２】実施例１に係わる電極の形状の平面図。
【図３】実施例１に係わる電極の積層構造の断面図。
【図４】実施例２に係わる電極の形状の平面図。
【図５】実施例２に係わる電極の積層構造の断面図。
１ Ｎｉのプロファイル ２ Ａｕのプロファイル ３ Ｏのプロファイル ４ Ｇａのプロファイル ５ Ｎのプロファイル ６ 透光性電極 ７ ｐ側電極用ボンディングパッド ７’ ｐ側電極 ８ ｎ側電極 ８’ ｎ側電極用ボンディングパッド ９ 半導体基板 １０ 第１の金属の層 １１ 第２の金属を含む金属酸化物の層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00 H01B 1/00 - 1/24
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体表面上に、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄのう
ちから選ばれた少なくとも１種類の金属と、Ｎｉ、Ｔ
ｉ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｉｎのうち
から選ばれた少なくとも１種類の金属とを含有する合金
からなる金属薄膜層を形成する第１の工程と、 該金属薄膜層を酸素を含む雰囲気中で熱処理する第２の
工程とを含む発光半導体素子用透光性電極の作製方法。 - 【請求項２】 前記第１の工程において、金属薄膜層は
１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の膜厚となるように形成さ
れることを特徴とする請求項１記載の発光半導体素子用
透光性電極の作製方法。 - 【請求項３】 前記第２の工程を酸素を１ｐｐｍ以上含
む雰囲気内で行うことを特徴とする請求項１乃至２記載
の発光半導体素子用透光性電極の作製方法。 - 【請求項４】 前記第２の工程において、熱処理は３０
０℃以上の温度で１分以上行うことを特徴とする請求項
１乃至３記載の発光半導体素子用透光性電極の作製方
法。 - 【請求項５】 半導体がＧａＮ系化合物半導体であるこ
とを特徴とする請求項１乃至４記載の発光半導体素子用
透光性電極の作製方法。
Priority Applications (10)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19602597A JP3230463B2 (ja) | 1997-07-22 | 1997-07-22 | 発光半導体素子用透光性電極の作製方法 |
| US09/073,765 US6268618B1 (en) | 1997-05-08 | 1998-05-07 | Electrode for light-emitting semiconductor devices and method of producing the electrode |
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